CN102139958A - 一种利用粘性土实现浅水湖泊藻-草转换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用蓝藻休眠间隙，借助粘性土改善浅水湖泊底质条件，调控水体藻—草快速转换的湖泊生态修复的方法，具体的说，是在蓝藻休眠间隙，选择成本低廉，生态安全的，具有良好粘性的湖泊当地土壤或者粘土矿物材料，喷洒覆盖富营养化浅水湖泊底质，隔绝蓝藻种源和厌氧沉积物，改善底质环境，促进伴随粘性土一同播撒的沉水植被在冬春季的蓝藻休眠间隙快速恢复，调控浅水湖泊由富营养化的藻型湖泊向草型湖泊快速转换，从而有效防止蓝藻在春季的复苏和夏季的暴发。该方法可应用于湖泊、池塘和景观水的底质改善和生态修复中。

Description

一种利用粘性土实现浅水湖泊藻-草转换的方法

技术领域

本发明涉及一种利用粘性土在冬春季改善浅水湖泊底质调控水体藻-草快速转换的方法。本发明属于富营养化湖泊的底质改善和生态修复的领域。

背景技术

我国目前66％以上的湖泊、水库处于富营养化的水平，其中重富营养和超富营养的占22％，这使得富营养化成为我国今后相当长一段时期内的重大水环境问题。消除湖泊富营养化的关键在于削减湖泊水体的氮、磷以及底泥有机碳和氮、磷的负荷。近年来，在外源污染得到一定控制后，人们发现底泥成为污染物的重要蓄积库，这使得水体污染物和营养盐始终居高不下。对于内源污染控制，往往采取清淤挖泥、营养盐钝化、底层曝气、稀释冲刷、调节湖水氮磷比、覆盖底部沉积物及絮凝沉降等一系列措施。疏浚底泥的方法，虽然可挖除表层污染底泥，但如若处理不当，也会造成底泥的在悬浮和污染物再释放，该方法需要昂贵的治理费用，而且存在生态系统破坏和水体自净能力削弱等隐患，所以，在大规模使用方面仍然存在争议。在湖泊入水口直接添加化学药品或向湖水中直接投洒化学药品以钝化、沉淀湖泊营养盐(主要是磷)的方法，对于深水湖，有时能够起到削减湖水磷负荷的作用，但对于浅水湖，处理效果往往难以预料，而且长期使用化学药剂总会存在生态安全隐患。底层曝气技术应用并不普遍，成本过高；稀释和冲洗技术在水量充足时成本相对比较低，能够马上见效，在污染物浓度高的情况下也能够见到部分效果，但是，对于我国一个淡水资源严重匮乏的国家来讲，该方法不符合中国国情，另外水体稀释能够影响到底泥中的污染物质向水体中扩散的速率，因此如果稀释速度选择的不恰当，水体中的污染物浓度可能反而会增加。此外，水生植被恢复，生态浮床和生态疏浚等技术也被应用到内源污染控制中来，但是由此引发的外来物种入侵，沉水植被衰竭和腐败造成的次生污染，浮床上高等植物越冬困难以及来年再种植耗费的巨大人力物力，以及生态疏浚中如何转移处置污染物的问题都不易短时间内得到解决，而且治理成本过高，大范围全湖实施仍然存在局限。

原位底泥覆盖技术在国外已经被广泛应用，世界上第一例原位覆盖工程是1978年在美国实施的，随后，日本、挪威、和加拿大等国也相继实施，国外大都采用细沙、沙砾、砾石以及土工织物和人造地基材料作为覆盖材料，这些技术表明，沙土覆盖适用于水动力强度不大，污染程度不高的沉积物，天然的清洁泥沙不会改变水体的性质，而对于水动力强度较大的天然湖泊就需要考虑覆盖材料的沉降水稳性和抗风浪扰动的能力。目前，国内关于富营养化湖泊底质原位覆盖技术的相关专利主要采用红土材料，适当比例添加诸如活性氧化铁和活性氧化铝(申请号：200510028579.3)，或者添加粉煤灰和石灰粉(申请号：200810058409.3；申请号：200710191195.2)，该类技术还停留在河道、养殖区、池塘等小范围的实验探索阶段，而对于诸如太湖、滇池等大范围的天然湖泊，其添加剂的生态安全性仍需进一步研究和验证，因而，此类方法在天然富营养化湖泊进行大范围实施操作仍有困难。此外，杨浩和王国祥提出在蓝藻休眠期去除蓝藻的方法和设备(申请号：200810244179.X)，证明在休眠期减少蓝藻的量可以减缓蓝藻水华的暴发，但该方法仍无法避免在吸走一定量蓝藻的休眠体和死亡体外，也吸走了部分的粘土矿物和水，这将不可避免扰动水-泥界面上的微生物和底栖动物群落，而该技术对于如何改善厌氧底质以及生态修复却并未提及。近年来，在湖泊内源污染治理和沉水植被的生态修复方面，本发明人提出了一系列新的方法。在国际上首先将改性粘土除藻技术(英国专利GB2337749；CN1417136；CN1418825)应用到淡水水华治理问题，使得当地土壤治理当地水成为可能(Pan，G..et al.，Environmental Pollution 2006，连续三篇系列论文)。为解决沉降蓝藻细胞的腐烂分解耗氧和底质污染物释放问题，潘纲等又相继提出了改性粘土增氧固磷技术(CN200310113305.5；CN200510063410.1)，既有效的改善了水底厌氧环境，又降低了沉积物的磷释放量。2005年潘纲又提出利用稀土元素改性粘土(申请号：0510063410.1)，使得底质中的磷高效不可逆地“固化”在改性粘土中，即使底泥被二次泛起，“固化”后的沉积物溶解释放磷的能力大幅度降低。同年，潘纲等提出了快速清除水华并将藻华在水底转化成为沉水植被的方法(CN1769198A)，并申请了国际专利，这不但解决了夏季藻华再次泛起和底泥二次污染问题，而且还利用当地土壤除藻后改善了水质，达到了促进沉水植被恢复的目的。2006年，潘纲等发明了一种能够同时完成藻华清除和生态修复的车/船载多工程播撒装置(CN1821100A)，使得上述的夏季水华治理和沉水植被的生态恢复的方法能在淡水湖泊大面积得以应用并推向机械化实施。但是，本发明人的这些方法和技术均是针对夏季蓝藻暴发期间应用和实施的，在夏季，絮凝沉降的蓝藻在沉积物表层往往趋于衰亡，这会加重底泥厌氧，即使快速除藻改善了水质条件，但底质条件往往不利于沉水植被的快速恢复，在夏季要实现快速藻-草转换仍有困难。很多研究表明，在休眠期间，蓝藻活体大部分都集中在水-泥界面附近。如果，在这阶段利用无污染的当地土壤或者粘性良好的粘土矿物将蓝藻种源隔绝在湖底，有效隔断底泥营养盐再释放，并利用粘性土颗粒表面负载的氧改善底质的厌氧环境，同时播撒春季易萌发生长的沉水植物的种子及其产物，使得沉水植被在生长过程中有效吸收底泥中的营养盐，在蓝藻休眠间隙快速恢复起来占据主体，就有望使富营养化的浅水湖泊从藻型快速向草型转变。但是目前，在冬春季，利用粘性土改善底质，调控湖泊藻-草转换的生态修复技术未见报道。

发明内容

本发明旨在提出一种利用蓝藻休眠间隙，借助粘性土改善浅水湖泊底质，调控水体藻-草快速转换的湖泊生态修复的方法。具体的说，该方法是在蓝藻休眠间隙，选择成本低廉，生态安全的湖泊当地土壤或者粘土矿物材料，喷洒覆盖浅水湖泊底质，隔绝蓝藻种源和厌氧底质，改善底质环境，从而促进伴随粘性土一同播撒的沉水植被在蓝藻休眠间隙快速恢复，这样，可调控富营养化的浅水湖泊从藻型湖泊向草型湖泊快速转变，有效防止蓝藻在春季的复苏和夏季的暴发。

根据本发明的一个方面，所述的覆盖底泥的粘性土可以是湖泊周围未污染的原位土壤，也可以是与湖泊底质相近的粘土矿物，如伊利石、蒙脱土、凹凸棒石、膨润土、海泡石等粘土矿物中一种或者几种。要求该材料具备含粘土颗粒较多，高粘性，低透水性，沉降后水稳性好，不易再悬浮等优点，可以有效覆盖休眠期的蓝藻种源，阻止被覆盖蓝藻的复苏或者由于风浪扰动原因造成的再次泛起，隔绝底质中营养盐向水体释放。

根据所述的粘性土的制备方法，其特征在于，在太阳下曝晒，自然风干，之后粉碎过筛，取100～300目均可，颗粒材料多孔结构中负载的氧在沉降过程中，由于水体和底质中温度、压力和溶解氧等条件的变化，可以向水体和底质中缓慢释放氧，从而提高底质的氧含量和氧化还原电位，改善沉水植被在底质中的生长环境，也不会影响底栖动物生存需氧量。

所述的实施时间是蓝藻休眠间期，其特征在于，根据蓝藻水华生成的四阶段理论(休眠，复苏，生长，上浮聚集)，冬末春初一般是蓝藻休眠期，在休眠期，蓝藻的活体绝大多数都在底部沉积物表面，因此，在这个阶段利用粘性土对其进行覆盖和阻拦，可以最大程度的隔绝蓝藻种源，从而有效地防止蓝藻在春季的复苏和夏季的暴发。

所述的沉水植被，其特征在于，适宜冬末春初播种的沉水植被可以是菹草、苦草、马来眼子菜、竹叶眼子菜、微齿眼子菜、水毛莨、黑藻、金鱼藻、狐尾藻、水鳖、海棠花等中一种或者几种，要考虑沉水植物的不同生态位，搭配播种，使其生长时间可以衔接，从而保证沉水植被在水体中的主体地位。

根据本发明的另一方面，提供了一种恢复沉水植被的方法，其特征在于，冬末春初是湖泊水质和透明度较好时节，适合沉水植物充分快速生长。沉水植被的种子及其产物需要经过晒种、浸种和培育以获得处于不同生长阶段的种子、根块、芽殖体、苗或者植株，不同生长阶段的沉水植物可以用于不同的水生环境；优先选择容易在春季萌发的沉水植被的种子及其产物，将其包裹在制备好的粘性土中，通过船只或者飞机等机械化手段喷洒到湖中，利用粘性土改善底质间隙，沉水植物快速生长，在水体中占据主体，并吸收和转化来自底泥中死亡蓝藻释放的营养盐。

附图说明

图1实施例1中不同覆盖材料在不同搅拌时间下浊度的比较

图2实施例2中沉水植物在厌氧底泥中培养70天时的恢复情况

图3实施例2中沉水植物在覆盖岸边土壤的底泥中培养70天时的恢复情况

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术给予进一步详细的说明。

实施例1 不同材料的覆盖效果实验

选取无锡太湖十八湾沿岸的清洁土壤、高岭土、伊利石、膨润土，海泡石和二氧化硅作为材料，在太阳照射下自然风干，然后碾碎研磨，过180目筛网，将预处理好的不同材料分别添加到500ml烧杯内，每个烧杯添加大约距离底部2cm厚的粘土材料，然后向每个烧杯添加400ml去离子水，充分搅拌，静置二天之后，不同粘土矿物基本都沉降在烧杯底部，岸边土壤和伊利石的沉降效果最好，上清液澄清。使用六联搅拌器，确保搅拌子在刚好不能触碰粘土层的高度去搅拌每个烧杯中的上清液，定转速40r/min，在不同搅拌时间下分别测定浊度(如图1所示)，结果发现伊利石、岸边土壤和膨润土粘度较强，抗风浪干扰的能力较强，二氧化硅(砂子或砾石)粘度最弱，抗风浪干扰的能力最差，采用岸边土壤或者伊利石等粘土矿物作为原位覆盖底泥的材料，在水中沉降后水稳性好，不易再悬浮，抗风浪干扰能力要比砂子或砾石强。

实施例2 厌氧底泥和岸边土壤修复底泥条件下沉水植被的恢复效果对比实验

在1m³生态模拟水箱底部放入厌氧底泥，设立不添加土壤的厌氧底泥对照组和覆盖土壤的修复组，每个箱体水深达70cm，光照条件：L∶D＝14∶10，水温25℃，光照强度166μw/cm²。在沉积物上播种苦草草种。5天后，两组沉积物上均有白色种芽发出；10天后，修复组种芽呈现绿色，而对照组种芽仍为白色。20天后，修复组的苦草已经分蘖，长出绿色枝叶，植株变高变粗，而对照组仅剩少量白色种芽和一些黑色腐败芽体，种芽高度没有明显增加。培养到70天时(如图2和3所示)，修复组苦草株高平均达5cm，苦草恢复成功，而对照组苦草种芽已经死亡，没有沉水植被的生命痕迹。因此从结果看，粘性土覆盖底泥的方法可以改善底质环境，促进沉水植被的生长，进而达到生态修复的目的。

Claims (5)

1.一种利用蓝藻休眠间隙，借助粘性土改善浅水湖泊底质条件，调控水体藻—草快速转换的湖泊生态修复的方法，其特征在于选择具有良好粘性的土壤或粘土矿物，覆盖湖泊底质中休眠的蓝藻种源，隔绝原本湖泊的厌氧底质，改善底质环境，使得随粘土一同播撒的沉水植被种子及其产物在蓝藻休眠间隙快速恢复，最终达到有效防止蓝藻在春季复苏和夏季暴发的目的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的实施时间是在蓝藻休眠间隙而未向水体复苏的冬末春初时节。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的覆盖湖泊底质的粘性土，是高粘性，沉降后水稳性好，不易再悬浮的，是选自湖泊沿岸的土壤或者湖泊周围区域的当地土壤，也可以是伊利石、蒙脱土、凹凸棒石、膨润土、海泡石等粘土矿物中的一种或者几种。

4.如权利要求1和3所述的粘性土的制备，其特征在于，选择一定的粒度范围，经过太阳曝晒，自然风干，包裹着沉水植被的种子及其产物由机械装置一同撒入湖中。

5.如权利要求1和4所述的沉水植被，其特征在于，选择适宜冬末春初播种，在春季萌发生长的沉水植被的种子及其产物进行播撒，如菹草、苦草、眼子菜、黑藻、金鱼藻、水毛莨、狐尾藻、水鳖、海棠花等沉水植物的一种或几种。

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